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Baukasten:Energiespeicher erfinden und auslagen

Energiespeicher erfinden und auslagen

Energiespeicher.jpg


Zum einen schwankt der Energieverbrauch in Deutschland sehr stark nach der Tageszeit. Zum anderen wird auch die steigende Netzeinspeisung von Strom spezielle aus Wind- und Sonnenenergie Schwankungen unterliegen. Die nahe liegende Lösung des Problems liegt darin, Überproduktionen zu speichern und während Flauten wieder einzuspeisen. So nahe liegend diese Idee auch ist, so schwer ist ihre technische Umsetzung. In Kleingruppen von ca. 2 Leuten werden in einem verschiedene insbesondere physikalische Gesetzmäßigkeiten auf ihre Eignung zum Energiespeichern untersucht. Im kreativen Prozess sollen Teilnehmenden selber berechnen und begreifen, welche Dimensionen so mancher Speicher allein für einen Tagesbedarf einnimmt. Passt der Plattenkondensator noch in mein Haus? Oder wie hoch muss ich einen Elefanten anheben? Nachdem die Gruppen verschiedene Lösungen gefunden haben, werden diese präsentiert und reflektiert. Anschließend können nicht ganz alltägliche Speicher, die bereits in der Realität erforscht werden, untersucht werden.

Titel
Energiespeicher erfinden und auslagen
Thema
Kreative Entwicklung von Stromspeichertechniken basierend auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten
Typ
Baustein
Schlagwörter
Energiespeicher, Kreativer Prozess, Dimensionen
Lernziele
Ziel dieses Modulbausteins ist es, den Teilnehmenden die Problematik der Energiespeicherung näher zu bringen. Vergleichsgröße hierbei ist der durchschnittliche tägliche Stromverbrauch einer dreiköpfigen deutschen Familie, durch welchen die Dimensionen von Energiespeichern mithilfe kreativer Vergleiche begriffen werden sollen.
Kompetenzen
Motivation, disziplinübergreifende Erkenntnisgewinnung, eigenständiges Handeln
Lernformen
kooperativ, faktenorientiert
Methoden
Als didaktische Methode kommen Kleingruppenarbeiten mit abschließenden Kurzpräsentationen zum Einsatz.
Gruppengröße
10-30
Dauer
30, 45, 60, 90 min
Material und Räume
Taschenrechner, Formelsammlungen
Qualität
gut
Semester
Sommersemester 2011


Vorbereitung

Vorbereitung für die Moderation

Der Modulverantwortlichen sollte für den Rechercheteil der Artikel, Buchausschnitte oder Ähnliches zu aktuell eingesetzten und sich in der Entwicklung befindenden Energiespeichern zu beschaffen. Als praktikabel hat sich dabei erwiesen, die Wikipedia-Artikel zu den unter Quellen aufgeführten Schlagworten bereitzustellen. Einarbeitung in den Baustein.

Vorbereitung für die Teilnehmenden

Für den kreativen Teil der Kleingruppenarbeit sind Grundkenntnisse in wenigstens einem der Gebiete Mechanik, Physik und Thermodynamik erforderlich.

Materialien und Räume

Für die Durchführung des Bausteins werden Taschenrechner und Tafelwerke, bzw. sonstige Formelsammlungen benötigt. Weiterhin ist es empfehlenswert, Computer samt Internetzugang zur Verfügung zur Verfügung zu haben.

Ablaufplan.

Vorbereitung im Raum

00. Minute - Einlesen in die Thematik, Einteilung in Kleingruppen zu ca. 2 Personen.

Die Moderation begrüßt die Teilnehmenden und stellt den Ablauf des Seminartermins vor.

05. Minute - Kreative Kleingruppenarbeit .

Während der Kleingruppenarbeit wird sich in einem kreativen Prozess mit dem Thema Energiespeicherung auseinander gesetzt. Ausgangspunkt hierbei sind physikalische Prinzipien, mit denen Energie gespeichert werden kann. In die Betrachtungen sollten unter Anderem einbezogen werden: Die potenzielle, die kinetische, die thermische, die chemische und die elektrische Energie. Die Teilnehmenden überlegen, wie man sich die physikalischen Prozesse zu Nutze machen kann, um die Energie zu speichern. Dabei sollten vorwiegend überschlägige Rechnungen angestellt werden, um die Realisierbarkeit der Ideen bewerten zu können. Ein möglicher Ansatzpunkt wäre zur potenziellen Energie beispielsweise: Die bekannt Formel der Potenziellen Energie lautet m*g*h (Masse mal Erdbeschleunigung mal Höhe). Ich habe einen Elefanten im Garten, mit welchem ich unter Ausnutzung potenzieller Energie Strom speichern möchte. Den Elefanten könnte ich in einen Fahrstuhl stellen, welcher mit einem Elektromotor in die Höhe gezogen wird. Um die Energie wieder freizugeben, könnte der Elektromotor wenn der Fahrstuhl wieder herunter fährt als Generator betrieben werden. Wie hoch müsste mein Fahrstuhl sein, um die 10,6 kWh, welche eine dreiköpfige Familie im Durchschnitt pro Tag verbraucht, speichern zu können? Wie ändert sich das Ergebnis, wenn Wirkungsgrade für Motor und Generator einbezogen werden? Wie groß müsste ein Plattenkondensator gemäß der Schulformel (Energie W = ½ * C * U²) sein, wenn ich in diesem den benötigten Strom speichern möchte? (Die grundlegenden Formeln der jeweiligen Prinzipien sind für die Teilnehmenden ebenfalls im Einführungsblatt zusammengefasst.) Weiterhin werden Vor- und Nachteile der Konzepte erarbeitet. Gegebenenfalls können mögliche Lösungsvorschläge und/oder Forschungsziele für die Überwindung der Nachteile der erdachten Technik formuliert werden. Es könnten zu Vergleichszwecken Berechnungen erfolgen, wie viele Benzin, Diesel, Erdgas, etc. jene Menge an Energie enthalten, welche zur Deckung des Tagesbedarfs gespeichert werden muss. Die hier erarbeiteten Ideen und Berechnungen werden dann den anderen Gruppen vorgestellt.


35. Minute - Präsentation der erarbeiteten Konzepte.

Innerhalb von 15 Minuten sollen sich die Studenten gegenseitig ihre erarbeiteten Konzepte vorstellen

45. Minute - Recherche mit gegebenen Informationen zu Energiespeichern.

Danach werden an die Gruppen kurze Texte und/oder Zeitungsartikel über heute verwendete bzw. sich in der Entwicklung befindende Energiespeicher verteilt. Diese werden von den Studenten innerhalb von 10 Minuten durchgearbeitet und anschließend in den folgenden 15 Minuten vorgestellt.

60. Minute - Präsentation der Rechercheergebnisse.

75. Minute - Abschlussdiskussion.

Zum Abschluss findet eine 15 minütige Abschlussdiskussion über die Ergebnisse und die Energiespeicherproblematik im Allgemeinen statt.

90. Minute - Ende.

Hinweise und Anmerkungen.

Von den Verfasser_innen.

Der kreative Erarbeitungsprozess ist abhängig vom Vorwissen der Teilnehmer. Sollte es einzelnen Gruppen an Vorwissen fehlen, den kreativen Prozess zu gestalten, kann mit Hilfe der für den zweiten Teil der Gruppenarbeit vorbereiteten Materialien Leerlaufzeit vermieden werden.

Falls sich die Gruppen bei der Berechnung zu stark verzetteln, sollte der/die Moderierende kleine Hilfestellungen geben. Es ist nicht allzu zielführend, eine halbe Stunde nur über einer Formel zu sitzen.

Der/die Modulverantwortliche sollte während der Endpräsentation die Rolle des Moderierenden übernehmen. Neben der Thematik der Speicherung sollte im Laufe der Diskussion die Sprache auf den Energieverbrauch im Allgemeinen kommen. Sollte sich das Gespräch nicht in diese Richtung entwickeln, ist die Thematik durch den Moderator einzubringen.

Gekürzte Variante.

Materialien zur Durchführung.

Version

Ursprüngliche Version

„Gruppe Alternative Energiequelle: Solarenergie“ Das Handout bzw. die Gruppenphase für die Teilnehmenden wurde etwas angepasst. Da der Schwierigkeitsgrad für die kurze bemessene Zeit von 60-90 min doch etwas hoch war.

Aktuelle Version

Kommentar.

Literaturhinweise und Quellen.